復合營養型豆腐配方優化研究

沈國祥， 張奎林，夏 湘，趙良忠，李海濤，4，周曉潔，歐紅艷，李 明，4

（1.邵陽學院食品與化學工程學院，湖南 邵陽 422000；2.豆制品加工與安全控制湖南省重點實驗室，湖南 邵陽 422000；3.重慶市武隆縣羊角豆制品有限公司，重慶 400000；4.廣州佳明食品科技有限公司，廣東 廣州 511458）

0 引言

豆腐是大豆蛋白在凝固劑作用下相互聚集形成具有三維網狀結構的凝膠產品，是我國消費量最大的傳統豆制品[1]。在傳統豆腐加工過程中，都有漿渣分離這道工序，因而會產生大量濕豆渣，其產量為干豆質量的1.1~1.5倍[2]。由于豆渣具有含水量高、營養豐富、易腐敗、口感粗糙等特點，其加工、貯藏難度大，一般作為飼料、肥料使用或丟棄，造成資源的極大浪費和環境污染，降低企業經濟效益[3]。從營養學的角度分析，豆渣含有豐富的蛋白質、礦物質、膳食纖維和異黃酮等營養成分，其中的膳食纖維在國民膳食結構中的地位日益突出[4]。

大豆分離蛋白（Soybean protein isolate，SPI）是以低溫豆粕為原料，經堿溶、酸沉等工序得到的一種優質蛋白。大豆分離蛋白具有乳化、膠凝、保水等功能特性，其蛋白質含量高且不含膽固醇，因而在食品行業應用廣泛，以改善食品的營養結構、提高食品品質[5]。谷氨酰胺轉氨酶（TG酶）能催化蛋白質中的谷氨酰胺與賴氨酸殘基形成共價鍵，促進蛋白質分子內及分子間交聯，以改善蛋白質凝膠網絡結構[6]。岳文婷等人[1]以TG酶作為助凝劑，分別與CaSO4、MgCl2和葡萄糖酸內酯（GDL）復配制備全豆豆腐，產品凝膠強度均有所提高。

試驗以大豆全粉、大豆分離蛋白為主要原料，以TG酶作為凝固劑，經斬拌、冷凝膠等工序，開發一款復合營養型豆腐，分析大豆全粉、淀粉、冰水、TG酶用量對豆腐品質的影響并對各組分用量進行優化，得到最佳配方，以期為含膳食纖維豆制品的開發提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

大豆分離蛋白，山東萬得福生物科技有限公司提供；大豆全粉，連云港日豐鈣鎂有限公司提供；變性淀粉，廈門市勝瑞食品科技有限公司提供；谷氨酰胺轉氨酶（120 U/g），泰興市東圣生物科技有限公司提供；一級大豆油，市售；其他試劑均為國產分析純。

1.2 主要儀器與設備

FP3010型博朗多功能食物調理機，匈牙利產品；UV-1780型紫外可見分光光度計，日本島津公司產品；GZX－9140MBE型電熱鼓風干燥箱，上海博迅實業有限公司醫療設備廠產品；JCS-5103B型電子天平，上海然浩電子有限公司產品；LS-5型物性測定儀，美國AMETEK有限公司產品；CR-400型色彩色差計，常州三豐儀器科技有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

工藝流程：原料稱量→斬拌→裝框成型→冷藏（膠凝化）→熟化。

1.3.2 操作要點

豆腐制作參考江程明[7]的方法，稍作修改。

（1）原料稱取。根據單因素試驗設計的各物料比例（以質量百分比計）進行稱取。

（2）斬拌。先將冰水總質量的90%與大豆全粉加入調理機中攪打20 s，再將大豆分離蛋白加入調理機中快速攪打約2 min（水合）；然后緩慢加入大豆油，快速打漿約2 min（乳化），使得漿液細膩且無小顆粒；將剩余10%冰水、TG酶及淀粉混勻后加入乳化的漿液中，再快速打漿約2 min。

（3）裝框成型。將攪打完成的料液迅速倒入模具中，表面蓋上保鮮膜。

（4）冷藏（膠凝化）。將裝框后的產品于4℃下冷藏12 h。

（5）熟化。80~85℃下蒸煮50 min后冷卻至室溫。

1.3.3 單因素試驗

以大豆分離蛋白與大豆全粉的總質量100 g為基準，采用單因素試驗，探究大豆全粉、冰水、淀粉及TG酶添加量對產品色澤、蛋白質含量、保水性、質構及感官評分的影響，從而得出各因素的較優水平。試驗水平分別選擇大豆全粉用量15，20，25，30，35 g（大豆分離蛋白用量=100 g-大豆全粉用量）；冰水用量470，510，550，590，630 g；淀粉用量15.0，22.5，30.0，37.5，45.0 g；TG酶用量0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 g。

1.3.4 響應面試驗設計

根據單因素試驗結果，以大豆全粉用量、冰水用量、淀粉用量、TG酶用量為影響因素，選取各因素較優水平，以歸一化處理的咀嚼性、保水性和感官評分為響應值，并賦予其不同的權重系數進行綜合評分[8]。

響應面試驗設計見表1。

表1 響應面試驗設計/g

1.3.5 蛋白質含量測定

參照GB 5009.5—2016中的方法進行測定[9]。

1.3.6 保水性測定

參照Li Zheng等人[10]的方法，稍作修改。將熟化冷卻后的豆腐切成1.5 cm×1.5 cm×1.0 cm的方塊，再將切好的豆腐放入塞有1/4脫脂棉的50 mL離心管中，于4℃下以轉速3 000 r/min離心10 min后稱質量并記錄（M0），于105℃下干燥至恒質量記為（M1）。

式中：WHC——豆腐保水性，%；

M0——豆腐離心后質量，g；

M1——豆腐干燥至恒質量后質量，g。

1.3.7 質構測定

參照江振桂等人[11]的方法。

1.3.8 感官評價

邀請10名食品專業的學生作為產品的品評員。采用百分制評分，最終結果取平均值。

感官評價標準見表2。

表2 感官評價標準

1.3.9 數據處理

采用Origin 2018軟件、IBM SPSS Statistics 22.0軟件及Design Expert 8.0.6.1軟件對數據進行分析處理及圖像繪制。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 大豆全粉用量對豆腐品質的影響

大豆全粉用量對豆腐蛋白質含量及保水性的影響見表3，大豆全粉用量對豆腐質構及感官評分的影響見圖1。

表3 大豆全粉用量對豆腐蛋白質含量及保水性的影響

圖1 大豆全粉用量對豆腐質構及感官評分的影響

由圖1可知，隨大豆全粉用量的增加，豆腐的硬度呈下降趨勢，咀嚼性呈先增加后減小的趨勢，而對彈性無顯著影響（p＜0.05）。當大豆全粉用量達到20 g時，豆腐的硬度191.48 g，咀嚼性91.07 gf，感官評分最高為84.7分。大豆全粉中的大分子多糖、纖維素會吸附在蛋白質粒子的表面，掩蓋蛋白質在剪切過程中暴露的官能團，使得分子間氫鍵及疏水相互作用減弱，阻礙了二硫鍵形成及酰胺基轉移，從而導致豆腐結構松散，硬度、咀嚼性下降[12]，口感粗糙。當大豆全粉用量小于20 g時，感官評分有所降低，其原因可能是膳食纖維含量降低，蛋白質交聯程度增加，豆腐凝膠強度增加、口感變硬。

由表3可知，當大豆全粉用量小于20 g時，隨著大豆全粉添加量增加，雖然大豆分離蛋白的比例有所下降，但豆腐保水性無明顯變化（p＜0.05），這可能是由于在膳食纖維的分子結構中存在很多羥基，因而對水分子有較強的親和力，膳食纖維與蛋白質形成分子間氫鍵或束縛在凝膠網絡孔隙中，與凝膠體系協同束縛水分子[13-14]。當大豆全粉用量大于20 g時，隨其用量增加，豆腐的保水性顯著下降，這可能是由于膳食纖維含量的增加，破壞了蛋白質凝膠網絡結構，導致凝膠體系孔隙增大，束縛水分子的能力減弱[15]。綜合考慮，大豆全粉最適用量為20 g。

2.1.2 冰水用量對豆腐品質的影響

冰水用量對豆腐蛋白質含量及保水性的影響見表4，冰水用量對豆腐質構及感官評分的影響見圖2。

表4 冰水用量對豆腐蛋白質含量及保水性的影響

圖2 冰水用量對豆腐質構及感官評分的影響

由圖2可知，隨著冰水用量的增加，豆腐的硬度、咀嚼性均呈下降趨勢，而對彈性無顯著影響（p＜0.05）。當冰水用量達到550 g時，豆腐硬度157.76 g，咀嚼性76.44 gf，感官評分最高為85.6分。7 S、11 S是大豆分離蛋白的主要組分，其含量及比例是影響大豆分離蛋白凝膠性能的重要因素之一[16]。隨著冰水量增加，大豆分離蛋白濃度降低，7 S、11 S在體系中占據的比例下降，巰基及二硫鍵的密度降低，蛋白質與水分子的相互作用占據主導地位，導致凝膠網絡孔隙增大，結構松散，豆腐的硬度、咀嚼性下降[17]。

由表4可知，隨著冰水用量增加，豆腐保水性逐漸減弱。由于蛋白質與水分子的作用位點有限，隨著冰水用量增加，多余的游離水分子只能形成水分子間氫鍵，與蛋白質的距離較遠，結合力弱。此外，隨著冰水用量增加，大豆分離蛋白濃度降低，凝膠網絡孔隙增大，導致束縛水分子的能力減弱。綜合考慮，冰水最適用量為550 g。

2.1.3 淀粉用量對豆腐品質的影響

淀粉用量對豆腐蛋白質含量及保水性的影響見表5，淀粉用量對豆腐質構及感官評分的影響見圖3。

表5 淀粉用量對豆腐蛋白質含量及保水性的影響

圖3 淀粉用量對豆腐質構及感官評分的影響

由圖3可知，淀粉用量對豆腐的硬度、咀嚼性影響顯著，而對彈性無明顯影響（p＜0.05）。隨著淀粉用量的增加，豆腐的硬度呈增大趨勢，咀嚼性整體呈先增加后減小的變化趨勢。當淀粉用量為30.0 g時，豆腐的硬度161.15 g，咀嚼性77.75 gf，感官評分最高為86.5分。變性淀粉具有良好的吸水膨脹性且糊化溫度低，對大豆分離蛋白凝膠具有填充效應[18]。淀粉分子填充在蛋白質凝膠網絡結構中，隨著溫度升高，淀粉顆粒逐漸吸水溶脹并占據更多空間，進而產生抵抗凝膠網絡束縛的一種內在壓力，使得網絡結構更加緊湊，因而淀粉含量越高，豆腐的硬度越大，該結果與陳振家等人[19]研究結果一致。當淀粉用量大于30.0 g時，隨著淀粉用量的增加，淀粉糊化需要的水分增加，而凝膠體系中可利用的游離水分子有限，淀粉與蛋白質分子之間競爭水分子，導致淀粉糊化不充分，同時也阻礙大豆分離蛋白自身凝膠的形成，豆腐咀嚼性下降[20]。

由表5可知，隨著淀粉用量增加，豆腐保水性呈上升趨勢，這可能是因為變性淀粉中含有的親水性的乙酰基與羥基基團增強了蛋白質凝膠體系對水分子的束縛能力。此外，由于變性淀粉中的親水基團占據部分氫鍵的作用位點，使得鄰近多肽鏈非極性部分的疏水相互作用增強，從而穩固了蛋白質凝膠網絡的骨架結構[21]。當用量達到37.5 g時，豆腐保水性無明顯變化，這可能是因為蛋白質凝膠體系可供淀粉糊化吸收的水分有限，導致添加量增加，豆腐保水性明顯變化。綜合考慮，淀粉最適用量為30.0 g。

2.1.4 TG酶用量對豆腐品質的影響

TG酶用量對豆腐蛋白質含量及保水性的影響見表6，TG酶用量對豆腐質構及感官評分的影響見圖4。

表6 TG酶用量對豆腐蛋白質含量及保水性的影響

圖4 TG酶用量對豆腐質構及感官評分的影響

由圖4可知，TG酶用量對豆腐的硬度、咀嚼性影響顯著（p＜0.05），而對彈性影響不明顯。隨著TG酶有量的增加，豆腐的硬度顯著增大，當TG酶用量達到2.0 g時，豆腐的咀嚼性不再有明顯變化，此時豆腐的硬度157.38 g，咀嚼性77.91 gf，感官評分最高為86.7分。在蛋白質系統中，TG酶可催化賴氨酸上的ε-氨基與肽鏈中谷氨酰胺殘基的γ-酰胺基形成共價鍵，促進蛋白質分子內和分子間交聯，進而提高凝膠強度[22]。隨著TG酶用量的增加，蛋白質分子之間的交聯程度增加，形成了具有較大體積和開放性結構的大分子聚集體，為進一步交聯提供更多的相互作用位點，促進凝膠的形成，凝膠強度增加，豆腐的硬度也隨之增加[23]。當TG酶用量大于2.0 g時，隨著蛋白質分子上更多的作用位點參與交聯，聚集體質量逐漸增大，蛋白質凝膠網絡的剛性程度增加，豆腐的彈性有所下降。

由表6可知，隨著TG酶用量增加，豆腐保水性呈上升趨勢，而蛋白質含量無顯著變化（p＜0.05）。TG酶可促進蛋白質分子間或分子內形成共價鍵，這使得蛋白質分子聚集，疏水基團被包圍在蛋白質空間結構的內部，更多親水基團暴露，與水分子相互作用形成新的氫鍵，豆腐保水性增強[24-25]。此外，在TG酶作用下，蛋白質分子中的酰胺基團脫酰胺化，生成極性更強的羧基，導致蛋白質整體疏水性下降，蛋白質分子聚集。同時，更多游離巰基參與二硫鍵形成，凝膠網絡結構更加致密，束縛水分子的能力增強。綜合考慮，TG酶最適用量為2 g。

2.2 響應面優化試驗

2.2.1 響應面試驗結果與分析

不同指標的主成分特征值和貢獻率見表7，不同指標的載荷數、特征向量及綜合評分權重見表8，響應面試驗設計及結果見表9。

表7 不同指標的主成分特征值和貢獻率

表8 不同指標的載荷數、特征向量及綜合評分權重

表9 響應面試驗設計及結果

對咀嚼性、保水性及感官評分的響應面結果進行主成分分析，KMO值為0.630，Bartlett檢驗顯著性小于0.001，結果可信。由表7可知，共提取到一種主成分，累計貢獻率為72.562%。

2.2.2 響應面模型建立與方差分析

運用Design Expert 8.0.6.1軟件對試驗結果進行回歸擬合，得到的回歸方程如下：

為檢驗回歸方程的有效性，對模型進行方差分析和回歸系數顯著性檢驗。

回歸模擬及方程系數的方差分析見表10。

由表10可知，模型的p值小于0.000 1，說明模型極顯著；失擬項p=0.082 9＞0.05，不顯著。模型的相關系數R2=0.965 6，校正后R2=0.931 2，表明該模型擬合度較高，能較好地反映響應值與各變量之間的關系，可以用該模型對工藝參數進行預測。

表10 回歸模擬及方程系數的方差分析

2.2.3 各因素間交互作用影響

冰水用量與TG酶用量交互作用對豆腐綜合評分影響的響應面及等高線圖見圖5。

圖5 冰水用量與TG酶用量交互作用對豆腐綜合評分影響的響應面及等高線圖

曲面的傾斜度反映了2個因素對響應值的影響程度，傾斜度越高，坡度越陡，兩因素間的交互作用越顯著。由表10和圖5可知，影響豆腐綜合評分的主次順序為冰水用量（B）＞大豆全粉用量（A）＞TG酶用量（D）＞淀粉用量（C）；冰水用量與TG酶用量間的交互作用顯著（p＜0.05），綜合評分隨兩因素用量的增加呈先增加后減小的趨勢；大豆全粉用量與冰水用量、大豆全粉用量與淀粉用量、大豆全粉用量與TG酶用量、冰水用量與淀粉用量、淀粉用量與TG酶用量，兩因素間的交互作用不顯著。

2.2.4 最優條件與驗證試驗

經Design Expert 8.0.6.1軟件分析得到，綜合評分最高時，對應的最佳配方為大豆分離蛋白用量81.53 g，大豆全粉用量18.47 g，冰水用量533 g，淀粉用量30.92 g，TG酶用量2.08 g。為了方便試驗操作，對試驗條件進行簡化，選取大豆分離蛋白用量81.5 g，大豆全粉用量18.5 g，冰水用量530 g，淀粉用量31 g，TG酶用量2.1 g進行試驗，綜合評分為0.901±0.015分，與理論值基本相符，說明該模型能較好地反映試驗的真實結果，預測配方的最佳條件。

3 結論

大豆全粉、冰水、淀粉及TG酶用量對復合營養型豆腐的硬度、咀嚼性、保水性有顯著影響。添加淀粉及TG酶可提高豆腐的硬度、咀嚼性及保水性，提高大豆全粉比例及冰水用量，豆腐的硬度、咀嚼性及保水性整體呈下降趨勢。通過單因素試驗及響應面試驗設計得到復合營養型豆腐最佳工藝配方為大豆分離蛋白用量81.5 g，大豆全粉用量18.5 g，冰水用量530 g，淀粉用量31 g，TG酶用量2.1 g進行試驗，綜合評分為0.901±0.015分，此時豆腐的豆香味濃郁、口感細膩爽滑、咀嚼感強，為含膳食纖維豆制品的開發提供了理論支撐。